Veracomp.pl  »  Specjalizacje  »  Sieci i zarządzanie infrastrukturą IT    Okablowanie strukturalne

SIECI I ZARZĄDZANIE INFRASTRUKTURĄ IT

Okablowanie strukturalne

Pojęciem okablowanie strukturalna (ang. structured cabling) określa się zwykle zestaw standardów uniwersalnych lub opracowanych przez konkretnych producentów, określających sposoby realizacji połączeń przewodowych służących do budowy sieci teleinformatycznych, obejmujących pojedyncze budynki i połączenia między nimi (w odróżnieniu od standardów dotyczących budowy sieci kablowych operatorów telekomunikacyjnych). Standardy te określają zarówno parametry fizyczne i mechaniczne kabli, złączy, paneli krosowniczych, jak również zasady projektowania i budowania systemów transmisji.

Budowa okablowania strukturalnego ma z założenia zapewnić dostęp z każdego punktu abonenckiego (inaczej: gniazda okablowania, przyłącza, punktu fizycznego) dostępu do sieci komputerowej, usług telefonicznych, systemów sygnalizacji (np. p.poż., antywłamaniowych), systemów telewizji i wideo. Okablowanie strukturalne jest niezbędnym elementem systemu IT - służy do przenoszenia sygnałów transmisji danych pomiędzy komputerami, serwerami oraz innymi urządzeniami sieciowymi, oraz głosu, w postaci sygnałów analogowych lub telefonii cyfrowej ISDN. Coraz częściej, okablowanie strukturalne jest wykorzystywane również do transmisji treści multimedialnych, takich jak telefonia IP, wideokonferencje, czy CCTV IP (sygnał wideo tzw. Video over IP – VVoIP) oraz transmisji niskonapięciowych sygnałów sterujących budynkiem związanych z systemem BMS (Building Management System).

Rozwój technologii Power over Ethernet spowodował przejęcie przez okablowanie strukturalne części funkcji związanych z zasilaniem urządzeń sieciowych o małej mocy, takich jak telefony, kamery, punkty dostępowe WLAN, dotykowe panele sterujące do biurowego sprzętu Audio Video. W wielu przypadkach okazuje się, że przy przemyślanym projekcie takie rozwiązanie zapewnia niższy koszt instalacji oraz większą dostępność punktów zasilających niż dla tradycyjnej sieci 220V.

Dzięki standaryzowaniu łączy i ich zakończeń, zależnie od potrzeb i bez konieczności wymiany okablowania do gniazda użytkownika może być podłączone urządzenie komputerowe lub telefoniczne. Standardy okablowania strukturalnego są także uwzględniane w rozwoju technik transmisji komputerowych (np. wprowadzenie wyższych przepustowości), a tym samym możliwe jest unowocześnianie sieci komputerowej bez potrzeby kosztownej wymiany okablowania.

Okablowanie strukturalne jest już popularnie montowane w nowo powstających obiektach, jako jedna z podstawowych instalacji budynku. Możliwa jest także instalacja w obiekcie istniejącym, a tym samym podnoszenie jego funkcjonalności i standardu. Koncepcja okablowania strukturalnego polega na takim rozprowadzeniu sieci kablowej, by z każdego punktu abonenckiego był dostęp do sieci komputerowej (LAN) oraz telefonicznej. Wymaga to instalacji większej ilości punktów abonenckich niż jest to przewidziane do wykorzystania w momencie projektowania i instalacji. Gniazda instalowane są zwykle w regularnych odstępach w całym obiekcie, tak by ich zasięg obejmował wszystkie obszary, gdzie może zaistnieć potrzeba skorzystania z dostępu do sieci. W praktyce przyjmowane jest założenie, że jeden podwójny punkt abonencki (2x złącze RJ45) powinno przypadać na każde 10m2 powierzchni biurowej. Uzupełnieniem takiego gniazda jest także zwykle jedno lub więcej gniazdko sieci elektrycznej, najlepiej dedykowanej, która zapewni odpowiedni jakość dostarczanego prądu dla podłączanych do okablowania strukturalnego urządzeń.

W dużych systemach okablowania strukturalnego, obejmujących swoim zasięgiem jeden czy nawet kilka budynków wielopiętrowych, można wyróżnić 3 części, związane z hierarchią przesyłanych sygnałów w obsługiwanej sieci LAN.

  • część dostępową o przepustowości łącz zwykle od 100 Mb/s do 10 Gb/s, stosowaną do podłączanie interfejsu sieciowego użytkownika do najbliższego przełącznika LAN , pomiędzy interfejsami sieciowymi Ethernet wbudowanymi w urządzenia (notebooki, komputery biurkowe, serwery, kamery, telefony, punkty dostępowe itp.), a najbliższym portem przełącznika LAN.
  • część dystrybucyjną o przepustowości łącz zwykle od 1 GB/s do 10 Gb/s, stosowaną do łączenia między sobą dystrybucyjnych przełączników LAN (np. miedzy piętrami budynku).
  • część szkieletową (rdzeniową) o przepustowości łącz zwykle od 1 Gb/s do n x 40 Gb/s. Ta część systemu okablowania jest szczególnie krytyczna dla działania całego systemu IT, ponieważ przesyła sygnały pomiędzy najważniejszymi przełącznikami szkieletowymi LAN koncentrującymi ruch w całym budynku, lub zespole budynku tzw. kampusie) a farmami serwerów, macierzami dyskowymi itp. sprzętem. W sieciach szkieletowych LAN używanych do łączenia pomiędzy budynkami czasami wykorzystuje się systemy zwielokrotnienia optycznego CDWM lub DWDM ang Coarse/Dense Wave Density Multiplexing), co nakłada dodatkowe wymogi wobec jakości światłowodów wykorzystywanych przez system okablowanie strukturalnego.

W sytuacji, w której prędkość i niezawodność transmisji jest najważniejszym kryterium, do transmisji wewnątrz budynku wykorzystuje się, spośród wszystkich dostępnych mediów transmisyjnych (skrętka miedziana, światłowód, mikrofale, laser) media przewodowe, najczęściej skrętki miedzianej (UTP lub STP), oraz światłowodów (światłowodowe sieci LAN). W przypadku wykorzystywania w organizacji systemu telefonii oraz wewnętrznej centrali telefonicznej (tzw. PBX-a). Okablowanie strukturalne służy również do przeniesienia analogowych lub cyfrowych (ISDN lub telefonia IP) sygnałów głosu.

System okablowania może mieć charakter jednorodny, homogeniczny, wykorzystujący tylko jeden rodzaj medium (np. tylko skrętka miedziana lub tylko światłowód). Ze względu na pewne ograniczenia kosztowe często stosuje się systemy hybrydowe wykorzystujące skrętkę miedzianą w części dostępowej ew. także w dystrybucyjnej, oraz światłowody w części szkieletowej. Do zmiany medium wykorzystuje się odpowiednie porty przełączników LAN lub dedykowane konwertery światłowodowe – umożliwiające konwersję sygnałów elektrycznych na optyczne.

Systemy okablowania są elementem krytycznym systemu IT, awaria części dystrybucyjnej lub szkieletowej okablowania grozi paraliżem całego systemu, dlatego wymagania wobec niezawodności są bardzo wysokie, dotyczy to także niezawodności długoterminowej. Często producenci systemu okablowania udzielają długoterminowej gwarancji na okres np. 25 lat. Aby dodatkowo zwiększyć niezawodność stosuje się nadmiarowość okablowania, zwłaszcza w części szkieletowej systemu.

Można założyć, że dobór architektury systemu okablowania jest, podobnie jak dla sprzętu aktywnego sieci LAN zależny od następujących kryteriów:

  • ilości użytkowników, ich lokalizacji geograficznej (piętra, budynki) oraz przewidywanych profili ruchu w momencie rozpoczęcia projektu,
  • szacowanej docelowej liczbie użytkowników i profili ruchu,
  • w zależności od powyższych parametrów ważnym czynnikiem doboru architektury sieci jest jej skalowalność czyli zdolność do łatwej i taniej rozbudowy i kolejnych użytkowników,
  • dostępności i niezawodności sieci LAN. Z uwagi na wspomniane wcześniej wymagania wpływają one zarówno na topologię sieci (muszą istnieć alternatywne ścieżki komunikacji, tzw. ścieżki obejścia, krytyczni użytkownicy sieci LAN mają zdublowane interfejsy sieciowe prowadzące do różnych ścieżek obejścia,
  • odporności na zakłócenia – która jest pochodną przyjmowanych założeń co do zastosowanych mediów transmisyjnych oraz protokołów w systemie okablowania. Ma to szczególne znaczenie w zastosowaniach przemysłowych sieci LAN, gdzie pojawiają się duże zakłócenia wynikające z przełączania wysokich prądów w zasilającej zakład sieci energetycznej,
  • wydajności energetycznej – jeśli sieć LAN służyć również do zasilania przez okablowanie Ethernet (POE).

Konsekwencją przyjętej architektury systemu są też koszty inwestycyjne (tzw. CAPEX – Capital Expenditures) poniesione na jej zaprojektowanie, zakup oraz instalację, koszty utrzymania (tzw. OPEX – Operations Expenditures) - ponoszone na utrzymanie sieci: zarządzanie, (np. przekrosowania, tworzenie nowych punktów dostępowych) oraz naprawy ewentualnych uszkodzeń. Całkowity koszt posiadania systemu okablowania (TCO – Total Cost of Ownership) jest pochodną nie tylko CAPEX, ale także OPEX, dla współczesnych systemów czas eksploatacji przed wymianą na nowszy system to ok. 15-20 lat. W takiej sytuacji proporcja OPEX do CAPEX jest szczególnie ważna. Wybierając instalatora systemu warto zwrócić uwagę na oferowane warunki gwarancyjne i serwisowe (ang. SLA - Service Level Agreement).

Ostatnim ważnym założeniem przy projektowaniu systemu okablowania są zakładane bezpieczeństwo sieci oraz poufność przysyłanej informacji. Chodzi zarówno o możliwość podsłuchu transmitowanej informacji, jak i niekontrolowane podłączenie się do systemu okablowania w celu przejęcia kontroli nad zasobami IT. Na eliminację lub przynajmniej minimalizację tych możliwości ma wpływ przyjęta architektura logiczna sieci LAN (separacja przez sieci VLAN, adresacje IP, sieci VPN, integracja z systemem NAC), ale także architektura fizyczna systemu okablowania. W okablowaniu ze skrętką UTP istnieje problem ujawniającej emisji elektromagnetycznej EMC, w sieciach światłowodowych LAN, zwłaszcza jednomodowych, poufność jest bardzo wysoka (dodatkowo istnieje możliwość stosowania enkrypcji kwantowej), a podsłuch transmitowanego sygnału jest praktycznie niemożliwy.

Okablowanie strukturalne wykorzystuje następujące rodzaje przewodów:

  • Kabel koncentryczny (ang. coaxial cable) – wykorzystywany dla rozprowadzenia sygnalizacji video i radiowej, używany obecnie bardzo rzadko
  • Kabel miedziany "skrętka" (kabel zbudowany jest z par przewodów splecionych ze sobą, co ogranicza wzajemne zakłócenia transmisji między parami). Pary mogą być: nieekranowane (tzw. kabel UTP – unshielded twisted pair), ekranowane otuliną z folii aluminiowej (tzw. STP - shielded twisted pair) lub poszczególne pary ekranowane i dodatkowo umieszczone razem w ekranie kabla (tzw. S-FTP – shielded folied twisted pair)
  • Stosowane rodzaje skrętki są ustandaryzowane wg parametrów jakościowych związanych z przenoszonym pasmem:
    • Skrętka kategorii 3 (ang. Cat 3) – umożliwia transmisję z częstotliwością do 16 MHz, praktycznie już nie stosowana, przewidziana do sieci telefonicznych i sieci LAN 10 Mb/s Ethernet
    • Skrętka kategorii 4 (ang. Cat 4) – umożliwia transmisję z częstotliwością do 20 MHz, praktycznie już nie stosowana, przewidziana do sieci telefonicznych i sieci LAN 16 Mb/s Token Ring
    • Skrętka kategorii 5 (ang. Cat 5) – umożliwia transmisję z częstotliwością do 100 MHz, wypierana przez Cat 5e, przewidziana do sieci telefonicznych i sieci LAN 100 Mb/s FastEthernet i 1000 Base-T Gigabit Ethernet
    • Skrętka kategorii 5e (ang. Cat 5e) – umożliwia transmisję z częstotliwością do 125 MHz, ciągle jeszcze popularnie stosowana, przewidziana do sieci telefonicznych i sieci LAN FastEthernet i Gigabit Ethernet
    • Skrętka kategorii 6 (ang. Cat 6) – umożliwia transmisję z częstotliwością do 250 MHz, coraz częściej stosowana, przewidziana do realizacji najszybszych sieci LAN
    • Skrętka kategorii 7 (ang. Cat 7) – umożliwia transmisję z częstotliwością do 600 MHz, każda z par kabla jest ekranowana folią aluminiową, a dodatkowo cały kabel jest również ekranowany, przewidziana do realizacji najszybszych sieci LAN nowej generacji (10 Gb/s)

Stosowane rodzaje kabla światłowodowego to:

  • Jednomodowy – średnica włókna 9 µm, stosowany do połączeń w sieciach LAN o długości przekraczającej 500 mb (300 mb dla sieci 10 Gb/s) 
  • Wielomodowy – średnica włókna 50 µm lub 62.5 µm (spotykany coraz rzadziej), stosowany do połączeń od 100 do 500 mb (do 300 mb dla sieci 10 Gb/s dla średnicy włókna 50 µm)

Topologia systemu okablowania strukturalnego wygląda następująco:

  • okablowanie pionowe (wewnątrz budynku) - kable miedziane lub/i światłowody ułożone zazwyczaj w głównych pionach (kanałach) telekomunikacyjnych budynków, realizujące połączenia pomiędzy punktami rozdzielczymi (dystrybucyjnymi) systemu. Okablowanie pionowe łączy ze sobą główny punkt dystrybucyjny z pośrednimi punktami dystrybucyjnymi. Wykonane jest ono najczęściej z kabli światłowodowych lub skrętek wieloparowych (25, 50, 100 par i więcej). 
  • punkty rozdzielcze (dystrybucyjne) - miejsca będące węzłami systemu w topologii gwiazdy, służące do konfiguracji połączeń. Punkt zbiegania się okablowania poziomego, pionowego i połączeń systemowych. Tu zainstalowane są tzw. panele krosownicze (przełącznice, ang. patch panel), służące do zakończenia przebiegów okablowania poziomego i pionowego. Zazwyczaj gromadzą także sprzęt aktywny systemów teleinformatycznych budowanych w oparciu o system okablowania strukturalnego (elementy sieci komputerowej, centralę telefoniczną, systemy telewizji przemysłowej i video, centralki systemów alarmowych, itp.). Najczęściej ich wyposażeniem jest szafa (szafy) lub rama (ramy) 19-calowa o wysokości wyrażonej w jednostkach U (1U=45 mm), dostosowanej do ilości sprzętu aktywnego i elementów okablowania (paneli krosowniczych).
  • główny punkt rozdzielczy (MDF - ang. Main Distribution Frame) - centrum okablowania w topologii gwiazdy. Zbiegają się w nim kable z sąsiednich budynków, pięter, centrali telefonicznej oraz odchodzą przebiegi pionowe (do pośrednich punktów IDF w obiekcie) i poziome do punktów abonenckich zlokalizowanych w pobliżu MDF (do 90 m). Umieszczony zwykle na parterze lub na środkowej kondygnacji budynku.
  • pośredni punkt rozdzielczy (IDF - ang. Intermediate Distribution Frame lub SDF - ang. Sub-Distribution Frame) - lokalny punkt dystrybucyjny obsługujący najczęściej dane piętro lub fragment piętra (zależnie od wielkości budynku). Umiejscowienie punktów rozdzielczych jest wyznaczane przy uwzględnieniu maksymalnej długości 90 m przebiegów kablowych poziomych.
  • okablowanie poziome - część okablowania pomiędzy punktem rozdzielczym a gniazdem użytkownika. Standardowym medium jest skrętka czteroparowa miedziana kategorii 5e. Chociaż coraz częściej spotkać można jako medium transmisyjne kabel światłowodowy wielomodowy (instalacja OFTD – z ang. Optical Fibre to the Desk).
  • gniazda abonenckie - punkt przyłączenia użytkownika do sieci strukturalnej oraz koniec okablowania poziomego od strony użytkownika. Zazwyczaj są to dwa gniazda RJ-45 umieszczone w puszce lub korycie kablowym. Zaleca się umieszczenie jednego punktu abonenckiego (2xRJ45) na każde 10 m2 powierzchni w budynku.
  • połączenia systemowe - połączenia pomiędzy systemami komputerowymi a systemem okablowania strukturalnego realizowane za pomocą tzw. kabli krosujących (ang. patch cord) skrętkowych lub światłowodowych, włączanych z jednej strony do panela krosowniczego (przełącznicy) okablowania, a z drugiej do gniazd kart sieciowych urządzeń aktywnych
  • połączenia telekomunikacyjne budynków - często nazywane okablowaniem pionowym międzybudynkowym lub okablowaniem kampusowym. Zazwyczaj realizowane na zewnętrznym kablu światłowodowym

Potrzebujesz więcej informacji o tym sektorze?

Wszystkim zainteresowanym pomagamy wybrać optymalny zestaw rozwiązań dla wybranego sektora.

skontaktuj się z nami